JP2023024575A

JP2023024575A - 電流検出装置および電流測定装置

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Publication number: JP2023024575A
Application number: JP2022202849A
Authority: JP
Inventors: 宏紀中沢; Koki Nakazawa; 健太池田; Kenta Ikeda; 豊芦田; Yutaka Ashida
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US10942201B2; CN116148520A; CN110346630A; US20190302152A1; JP2019184270A; DE102019203941A1

Abstract

【課題】伝送線路の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流の電流値を正確に測定する。【解決手段】ロゴスキーコイルを用いて構成されて測定対象に流れる電流を検出して電流の電流値に対応する検出信号Ｓ１を出力する電流センサ２と、分布定数線路で構成されて検出信号Ｓ１を伝送する接続ケーブル４と、電流センサ２および接続ケーブル４の間に設けられて電流センサ２の特性インピーダンスと等しい（または、ほぼ等しい）入力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路３と、接続ケーブル４を介して入力した検出信号Ｓ１を積分して電流の電流値を示す出力信号Ｓ２を出力する積分回路６と、接続ケーブル４の特性インピーダンスと等しい（または、ほぼ等しい）抵抗値を有し接続ケーブル４と積分回路６との間に直列に接続された抵抗回路５とを備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、測定対象に流れる電流を検出する電流検出装置、およびその電流検出装置を備えた電流測定装置に関するものである。

この種の電流測定装置として、出願人は、下記先行出願１において、測定装置を開示している。この測定装置は、電流センサおよび装置本体を備えて構成されている。電流センサは、測定対象を取り囲んだ状態において測定対象に流れる測定電流を検出するロゴスキーコイルと、ロゴスキーコイルの端部に接続されたダンピング抵抗と、ロゴスキーコイルと装置本体とを接続する接続ケーブルとを備え、ロゴスキーコイルで測定対象を取り囲んだ状態において測定対象に流れる電流についての電流値の時間変化の大きさに比例して電圧値が変化する電圧信号を出力する。装置本体は、電流センサから入力した電圧信号を積分して、測定対象に流れる電流の電流波形に比例した電圧波形を有する電圧信号を生成する積分回路（積分部）と、積分回路によって生成された電圧信号に基づいて測定対象に流れる測定電流の電流値を測定する処理部と、処理部によって測定された電流値を画面に表示する出力部とを備えて構成されている。この測定装置では、ロゴスキーコイルにダンピング抵抗を接続したことにより、周波数とゲインとの関係を示す周波数特性におけるピークの発生を抑制し、これによってロゴスキーコイルから出力される電圧信号の使用可能帯域（電圧信号のゲインが周波数の上昇に伴って上昇する微分領域とゲインがほぼ一定となる定ゲイン領域とで構成される領域）を広げ、この使用可能帯域において測定電流に対応した電圧波形の電圧信号を出力することが可能となっている。

先行出願１

特願２０１７－１４８９５８

ところが、出願人が開示している上記の測定装置には、改善すべき以下の課題がある。具体的には、この測定装置では、上記したように、ロゴスキーコイルにダンピング抵抗を接続して周波数特性におけるピークの発生を抑制して使用可能帯域を広げ、この使用可能帯域において測定電流の電流波形に対応した電圧波形の電圧信号を出力することを可能としている。しかしながら、上記の測定装置では、ロゴスキーコイルの特性インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスとの不整合による反射の影響や、伝送線路の特性インピーダンスと積分器の入力インピーダンスとの不整合による反射の影響に起因して、高い周波数領域における周波数特性の平坦性が損なわれることがある。また、このような反射の影響は、伝送線路が長いほど顕著となる。このため、上記の測定装置には、伝送線路の長さによっては、高周波電流の電流値を正確に測定することが困難なことがあり、その改善が望まれている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、伝送線路の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流の電流値を正確に測定し得る電流センサおよび電流測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流検出装置は、ロゴスキーコイルを用いて構成されて測定対象に流れる電流を検出して当該電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流センサと、分布定数線路で構成されて前記検出信号を伝送する伝送線路と、前記電流センサおよび前記伝送線路の間に設けられて当該電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい入力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路と、前記伝送線路を介して入力した前記検出信号を積分して前記電流の電流値を示す出力信号を出力する積分回路とを備えた電流検出装置であって、前記伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値を有し当該伝送線路と前記積分回路との間に直列に接続された抵抗回路を備えている。

また、請求項２記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記インピーダンス変換回路は、前記伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい出力インピーダンスを有している。

また、請求項３記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記インピーダンス変換回路は、前記電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値の抵抗で構成されて当該電流センサおよび前記伝送線路の間に直列に接続されている。

また、請求項４記載の電流検出装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電流検出装置において、前記積分回路は、反転アクティブ積分回路で構成されている。

また、請求項５記載の電流測定装置は、請求項１から４のいずれかに記載の電流検出装置と、当該電流検出装置から出力された前記出力信号に基づいて前記電流値を測定する測定回路を備えている。

請求項１記載の電流検出装置、および請求項５記載の電流測定装置によれば、伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値を有し伝送線路と積分回路との間に直列に接続された抵抗回路を備えたことにより、抵抗回路の抵抗値が伝送線路の特性インピーダンスと異なることによる反射の影響を伝送線路の長さに拘わらず十分に低減することができる。このため、この電流検出装置および電流測定装置によれば、伝送線路の長さに拘わらず高い周波数領域における周波数特性の平坦性を確保することができる結果、伝送線路の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流の電流値を正確に測定することができる。

また、請求項２記載の電流検出装置、および請求項５記載の電流測定装置によれば、電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい入力インピーダンスを有すると共に、伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい出力インピーダンスを有してインピーダンス変換回路を構成したことにより、電流センサの特性インピーダンスと伝送線路の特性インピーダンスとを整合することができる。このため、この電流検出装置および電流測定装置によれば、例えば、出力インピーダンスが伝送線路の特性インピーダンスとは異なるインピーダンス変換回路を備えた構成と比較して、反射の影響をさらに低減することができる。したがって、この電流検出装置および電流測定装置によれば、高い周波数領域における周波数特性をより平坦にすることができる結果、高い周波数の電流の電流値をより正確に測定することができる。

また、請求項３記載の電流検出装置、および請求項５記載の電流測定装置によれば、電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値の抵抗で構成されて電流センサおよび伝送線路の間に直列に接続されたインピーダンス変換回路を備えたことにより、インピーダンス変換回路の回路構成を簡略化することができる。また、この電流検出装置および電流測定装置によれば、例えば、電流センサの特性インピーダンスと等しい入力インピーダンスを有すると共に伝送線路の特性インピーダンスと等しい出力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路を備えた構成と比較して、ゲインの低下を少なく抑えることができる結果、電流値をより正確に測定することができる。

また、請求項４記載の電流検出装置、および請求項５記載の電流測定装置によれば、反転アクティブ積分回路で積分回路を構成したことにより、例えば、パッシブ積分回路で構成した積分回路と比較して、積分特性を向上させることができるため、電流値をさらに正確に測定することができる。

電流測定装置１の構成を示す構成図である。図１におけるＡ－Ａ線断面図である。電流測定装置１の回路図である。図１におけるＢ－Ｂ線断面図である。電流測定装置１の周波数特性を示す周波数特性図である。電流測定装置４００の回路図である。電流測定装置４００の周波数特性を示す周波数特性図である。電流測定装置１０１の回路図である。電流測定装置１０１の周波数特性を示す周波数特性図である。インピーダンス変換回路２０３の回路図である。インピーダンス変換回路３０３の回路図である。インピーダンス変換回路５０３の回路図である。抵抗回路１０５および積分回路１０６の回路図である。

以下、電流検出装置および電流測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、電流測定装置の一例としての図１に示す電流測定装置１の構成について説明する。電流測定装置１は、測定対象の一例としての電線５０に流れる電流Ｉの電流値Ｉｖを金属非接触で測定可能に構成されている。具体的には、電流測定装置１は、同図および図３に示すように、電流センサ２、インピーダンス変換回路３、接続ケーブル４、抵抗回路５、積分回路６、測定回路７、表示回路８、並びに抵抗回路５、積分回路６、測定回路７および表示回路８を収容する本体ケース９を備えて構成されている。なお、電流センサ２、インピーダンス変換回路３、接続ケーブル４、抵抗回路５および積分回路６によって電流検出装置が構成される。

電流センサ２は、電流センサの一例であって、電線５０を取り囲んだ状態において、電線５０に流れる電流Ｉを検出して、電流値Ｉｖの時間変化（ｄＩｖ／ｄｔ）の大きさに比例して電圧値が変化する（電流値Ｉｖに対応する）誘導電圧を検出信号Ｓ１として出力するロゴスキーコイルを用いて構成されている。

具体的には、電流センサ２は、図２に示すように、巻芯２１、巻線部２２、戻り線２３および絶縁被覆２４を備えて構成されている。巻芯２１は、例えば、樹脂等の絶縁性材料によって可撓性を有する円筒状に形成されている。巻線部２２は、巻芯２１の基端部側（図１に示す電流センサ２の基端部２ａ側）から先端部側（同図に示す電流センサ２の先端部２ｂ側）に亘って抵抗率が低い被覆導線２０を巻芯２１の外周面に巻回することによって形成されている。戻り線２３は、図３に示すように、巻線部２２の先端部２２ｂから引き出した被覆導線２０を巻芯２１の先端部側から巻芯２１の内部に挿通させて（図２参照）巻芯２１の基端部側に戻すことによって形成されている。絶縁被覆２４は、樹脂等の絶縁性材料で形成されて、巻線部２２を覆っている。

また、電流センサ２は、図３に等価回路図で示すように、分布電圧源Ｖ、分布インダクタンスＬ、分布抵抗Ｒおよび分布キャパシタンスＣで構成される分布定数回路ＮＥ１が多段に縦続接続されたものと実質的に等価となっている。この場合、電流センサ２を構成する巻線部２２および戻り線２３に用いられる導線は、上記したように抵抗率が低いことから、分布抵抗Ｒの抵抗値Ｒｖ１は無視できる程度に小さい値となっている。このため、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１は、分布インダクタンスＬのインダクタンス値をＬｖ１とし、分布キャパシタンスＣの容量値をＣｖ１としたときに、√（Ｌｖ１／Ｃｖ１）で表される。

インピーダンス変換回路３は、図３に示すように、電流センサ２と接続ケーブル４の一端部４ａとの間に設けられている。また、インピーダンス変換回路３は、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しい入力インピーダンスを有すると共に、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２（特性インピーダンスＺ２については後述する）と等しい出力インピーダンスを有して、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とを整合する。また、インピーダンス変換回路３は、一例として、同図に示すように、Ｌ型に接続した２つの抵抗３ａ，３ｂを備えて構成されている。この場合、抵抗３ａは、電流センサ２を構成する巻線部２２の基端部２２ａと接続ケーブル４における後述する芯線３１の一端部３１ａとの間に直列に接続されている。また、抵抗３ｂは、一方の端子が抵抗３ａの一方の端子（芯線３１に接続される端子）に接続されると共に、他方の端子が、接続ケーブル４における後述するシールド３３を介して本体ケース９の基準電位Ｇｐに接続されている。

ここで、上記したように、インピーダンス変換回路３の入力インピーダンスを電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しくし、かつインピーダンス変換回路３の出力インピーダンスを接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくするには、電流センサ２から接続ケーブル４を見たときに、インピーダンス変換回路３における抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値と特性インピーダンスＺ２との合成インピーダンスが特性インピーダンスＺ１と等しいとの条件を満たし、かつ接続ケーブル４から電流センサ２を見たときに、抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値と特性インピーダンスＺ１との合成インピーダンスが特性インピーダンスＺ２と等しいとの条件を満たす必要がある。このため、抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値は、この２つの条件を連立方程式として、この連立方程式を抵抗３ａ，３ｂについて解いた算出式に、特性インピーダンスＺ１および特性インピーダンスＺ２を代入して算出される。

なお、インピーダンス変換回路３の入力インピーダンスについては、必ずしも、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しくする必要はなく、入力インピーダンスを特性インピーダンスＺ１とほぼ等しくした構成（一例として、入力インピーダンスと特性インピーダンスＺ１との間にプラスマイナス１０％以内の差がある構成）を採用することもできる。また、インピーダンス変換回路３の出力インピーダンスについても、必ずしも、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくする必要はなく、出力インピーダンスを特性インピーダンスＺ２とほぼ等しくした構成（一例として、出力インピーダンスと特性インピーダンスＺ２との間にプラスマイナス１０％以内の差がある構成）を採用することもできる。

接続ケーブル４は、検出信号Ｓ１を伝送する伝送線路に相当し、分布定数線路の一例としての同軸ケーブルで構成されている。具体的には、接続ケーブル４は、図４に示すように、芯線３１と、芯線３１の周囲を被覆する絶縁層３２と、絶縁層３２の周囲に配設されたシールド３３と、シールド３３の周囲を覆う絶縁被覆（シース）３４とを備えて構成されている。この場合、接続ケーブル４は、図３に等価回路図で示すように、分布抵抗Ｒ、分布インダクタンスＬ、分布コンダクタンスＧ、および分布キャパシタンスＣで構成される分布定数回路ＮＥ２が多段に縦続接続されたものと実質的に等価となっている。この場合、分布抵抗Ｒの抵抗値Ｒｖ２は無視できる程度に小さい値となっており、分布コンダクタンスＧのコンダクタンス値Ｇｖ２は無視できる程度に大きい値となっている。このため、分布インダクタンスＬのインダクタンス値をＬｖ２とし、分布キャパシタンスＣの容量値をＣｖ２としたときに、無損失（またはほぼ無損失）の周波数領域における接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２は√（Ｌｖ２／Ｃｖ２）で表される。この電流測定装置１では、一例として、特性インピーダンスＺ２が５０Ωの接続ケーブル４が用いられている。

抵抗回路５は、図３に示すように、接続ケーブル４の他端部４ｂと積分回路６との間に直列に接続されている。具体的には、抵抗回路５は、同図に示すように、接続ケーブル４の芯線３１の他端部３１ｂと積分回路６を構成するオペアンプ６ａの反転入力端子との間に直列に接続された抵抗５ａで構成されている。この場合、抵抗５ａは、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい抵抗値を有している。なお、抵抗５ａの抵抗値については、必ずしも、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくする必要はなく、抵抗値を特性インピーダンスＺ２とほぼ等しくした構成（一例として、抵抗値と特性インピーダンスＺ２との間にプラスマイナス１０％以内の差がある構成）を採用することもできる。また、複数の抵抗で抵抗回路５を構成することもできる。

積分回路６は、一例として、反転アクティブ積分回路で構成されている。具体的には、積分回路６は、図３に示すように、非反転入力端子が本体ケース９の基準電位Ｇｐに接続されると共に、反転入力端子と出力端子の間に抵抗６ｂおよびコンデンサ６ｃが並列接続されたオペアンプ６ａを備えて構成されている。この積分回路６は、接続ケーブル４および抵抗回路５を介して入力した検出信号Ｓ１を積分することにより、電線５０に流れる電流Ｉの電流値Ｉｖに応じて信号レベルが変化する（電流Ｉの電流波形に比例した電圧波形を有する）電圧信号を出力信号Ｓ２として生成して出力する。

測定回路７は、一例として、Ａ／Ｄ変換回路、ＣＰＵおよびメモリなど（いずれも図示せず）を備えて構成されている。この測定回路７では、Ａ／Ｄ変換回路が、積分回路６から出力される出力信号Ｓ２を波形データに変換し、ＣＰＵが、波形データに基づいて電線５０に流れる電流Ｉの電流値Ｉｖを測定する。

表示回路８は、例えば液晶ディスプレイで構成されて、測定回路７によって測定された電流値Ｉｖを表示する。

次に、電流測定装置１の動作について、図面を参照して説明する。

例えば、図１に示す電線５０に流れる電流Ｉの電流値Ｉｖを測定するときには、同図に示すように、電流センサ２で電線５０の周囲を取り囲む。この際に、電流センサ２が、電線５０に流れる電流Ｉを検出して、電流Ｉの電流値Ｉｖの時間変化（ｄＩｖ／ｄｔ）の大きさに比例して電圧値が変化する誘導電圧を検出信号Ｓ１として出力する。

次いで、図３に示すように、検出信号Ｓ１が電流センサ２のインピーダンス変換回路３、接続ケーブル４および抵抗回路５を経由して積分回路６に入力する。続いて、積分回路６が、入力した検出信号Ｓ１を積分することにより、電線５０に流れる電流Ｉの電流値に応じて信号レベルが変化する（電流Ｉの電流波形に比例した電圧波形を有する）電圧信号を出力信号Ｓ２として生成して出力する。次いで、測定回路７が出力信号Ｓ２に基づいて電線５０に流れる電流Ｉの電流値Ｉｖを測定する。続いて、表示回路８が電流値Ｉｖを表示する。これにより、電流値Ｉｖの測定が完了する。

ここで、発明者らは、電流測定装置１の効果を検証するため、図３に示す等価回路を用いて、出力信号Ｓ２の周波数およびゲインの関係を示す周波数特性をシミュレーションで求めた。この場合、このシミュレーションでは、同図に示す電流センサ２の等価回路において、３０個の分布定数回路ＮＥ１が縦続接続されているものとし、各分布定数回路ＮＥ１における分布インダクタンスＬのインダクタンス値Ｌｖ１を８ｎＨとし、分布キャパシタンスＣの容量値Ｃｖ１を０．１７ｐＦとし、分布抵抗Ｒの抵抗値Ｒｖ１を１．２Ωとした。また、このように設定したインダクタンス値Ｌｖ１、容量値Ｃｖ１および抵抗値Ｒｖ１から算出される電流センサ２の特性インピーダンスＺ１を２１９Ωと算出した。また、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２を５０Ωとした。また、インピーダンス変換回路３における抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値と特性インピーダンスＺ２との合成インピーダンスが特性インピーダンスＺ１と等しく、かつ抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値と特性インピーダンスＺ１との合成インピーダンスが特性インピーダンスＺ２と等しいとの条件を満たす抵抗３ａ，３ｂの各抵抗値をそれぞれ１９２Ωおよび５６．８Ωと算出した。また、抵抗回路５における抵抗５ａの抵抗値を特性インピーダンスＺ２と同じ５０Ωとした。また、積分回路６を構成する抵抗６ｂの抵抗値を１ＭΩとし、コンデンサ６ｃの容量値を２０ｐＦとした。このように各値を設定し、接続ケーブル４の長さＬｃを１ｍとしたとき、および長さＬｃを１０ｍとしたときの２つの周波数特性のシミュレーション結果を図５に示す。

また、比較例として、図６に示す電流測定装置４００（従来の電流測定装置）の等価回路を用いて、周波数特性をシミュレーションで求めた。この場合、この電流測定装置４００は、同図に示すように、電流測定装置１のインピーダンス変換回路３に代えて抵抗４０３が用いられ、抵抗回路５に代えて、抵抗４０５が用いられているものとした。また、このシミュレーションでは、抵抗４０３の抵抗値を２１９Ωとし、抵抗４０５の抵抗値を、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とは異なる１００Ωとし、他の各値については、上記した電流測定装置１についてのシミュレーションにおける各値と同じ値とした。このように各値を設定し、接続ケーブル４の長さＬｃを１ｍとしたとき、および長さＬｃを１０ｍとしたときの２つの周波数特性のシミュレーション結果を図７に示す。

図７から明らかなように、抵抗４０５の抵抗値が接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とは異なるときには、高い周波数領域における周波数特性の平坦性が損なわれ、周波数の増減に対してゲインが大きく変動する。また、この変動の程度（変動幅）は、接続ケーブル４の長さＬｃが長い方が大きい。これに対して、抵抗回路５（抵抗５ａ）の抵抗値が接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい電流測定装置１では、図５から明らかなように、接続ケーブル４の長さＬｃに拘わらず、高い周波数領域においても周波数特性の平坦性が保たれる。これは、抵抗回路５の抵抗値を接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくすることで、これらが異なることによる反射の影響が接続ケーブル４の長さＬｃに拘わらず十分に低減されるためであると考えられる。

このように、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい（または、ほぼ等しい）抵抗値を有し接続ケーブル４と積分回路６との間に直列に接続された抵抗回路５を備えたことにより、抵抗回路５の抵抗値が接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と異なることによる反射の影響を接続ケーブル４の長さに拘わらず十分に低減することができる。このため、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、接続ケーブル４の長さに拘わらず高い周波数領域における周波数特性の平坦性を確保することができる結果、接続ケーブル４の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流Ｉの電流値Ｉｖを正確に測定することができる。

また、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しい（または、ほぼ等しい）入力インピーダンスを有すると共に、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい（または、ほぼ等しい）出力インピーダンスを有してインピーダンス変換回路３を構成したことにより、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とを整合することができる。このため、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、例えば、出力インピーダンスが特性インピーダンスＺ２とは異なるインピーダンス変換回路を備えた構成と比較して、反射の影響をよりさらに低減することができる。したがって、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、高い周波数領域における周波数特性をより平坦にすることができる結果、高い周波数の電流Ｉの電流値Ｉｖをより正確に測定することができる。

また、この電流検出装置および電流測定装置１によれば、反転アクティブ積分回路で積分回路６を構成したことにより、パッシブ積分回路で構成した積分回路と比較して、積分特性を向上させることができるため、電流値Ｉｖをさらに正確に測定することができる。

なお、電流検出装置および電流測定装置の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、抵抗３ａ，３ｂを備えたインピーダンス変換回路３を備えた例について上記したが、図８に示すように、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しい（または、ほぼ等しい）抵抗値を有する１つの抵抗１０３ａで構成されて、電流センサ２および接続ケーブル４の間に直列に接続されたインピーダンス変換回路１０３をインピーダンス変換回路３に代えて備えた電流測定装置１０１を採用することもできる。なお、図８では、接続ケーブル４、抵抗回路５、積分回路６、測定回路７、表示回路８および本体ケース９の図示を省略している。また、上記した電流測定装置１の構成要素と同じ機能を有するものには、同一の符号を付して重複する説明を以下省略する。

この電流測定装置１０１について、図８に示す等価回路を用いて、出力信号Ｓ２の周波数およびゲインの関係を示す周波数特性をシミュレーションで求めたシミュレーション結果を図９に示す。この場合、抵抗１０３ａの抵抗値を、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と同じ２１９Ωとし、他の各値については、上記した電流測定装置１についてのシミュレーションにおける各値と同じ値として、接続ケーブル４の長さＬｃを１ｍとしたとき、および長さＬｃを１０ｍとしたときの２つの周波数特性をシミュレーションで求めた。同図から明らかなように、この電流測定装置１０１においても、上記した比較例としての電流測定装置４００についての周波数特性（図５参照）と比較して、接続ケーブル４の長さに拘わらず高い周波数領域における周波数特性の平坦性を確保することができる。このため、この電流測定装置１０１においても、接続ケーブル４の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流Ｉの電流値Ｉｖを正確に測定することができる。また、この電流測定装置１０１によれば、インピーダンス変換回路３に代えて１つの抵抗１０３ａで構成したインピーダンス変換回路１０３を備えたことにより、インピーダンス変換回路１０３の回路構成を簡略化することができる。また、この電流測定装置１０１によれば、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しい入力インピーダンスを有すると共に接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい出力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路３を備えた構成と比較して、ゲインの低下を抑えることができる結果、電流値Ｉｖをより正確に測定することができる。

また、２つの抵抗３ａ，３ｂをＬ型に接続したインピーダンス変換回路３を備えた例について上記したが、３つ以上の抵抗を有するインピーダンス変換回路を備えた構成を採用することもできる。また、図１０に示すように、トランス２０３ａで構成されたインピーダンス変換回路２０３を備えた構成を採用することもできる。この場合、トランス２０３ａにおける一次巻線（電流センサ２に接続される巻線）のインピーダンスが電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しくなり、かつ二次巻線（接続ケーブル４に接続される巻線）のインピーダンスが接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくなるように一次巻線および二次巻線の巻数比を規定することで、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とを整合することができる。また、図１１，１２に示すように、Ｌ型に接続したインダクタ３０３ａおよびコンデンサ３０３ｂを有するインピーダンス変換回路３０３，５０３を備えた構成を採用することもできる。また、Ｔ型またはπ型に接続した複数の抵抗、インダクタおよびコンデンサ（これらの１種類以上を複数）有するインピーダンス変換回路を備えた構成を採用することもできる。

また、反転アクティブ積分回路で構成した積分回路６を用いる例について上記したが、図１３に示すように、オペアンプ１０６ａ、抵抗１０６ｂおよびコンデンサ１０６ｃを有する非反転アクティブ積分回路で構成した積分回路１０６を用いることもできる。この場合、非反転アクティブ積分回路で構成した積分回路１０６を用いるときには、同図に示すように、一方の端子がオペアンプ１０６ａの非反転入力端子に接続されると共に、他方の端子が本体ケース９の基準電位Ｇｐに接続されて、接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しい抵抗値を有する抵抗１０５ａで構成した抵抗回路１０５を用いることで、上記した電流測定装置１，１０１と同様の効果を実現することができる。また、アクティブ積分回路に代えて、パッシブ積分回路で構成した積分回路を用いることもできる。

また、特性インピーダンスＺ２が５０Ωの接続ケーブル４を用いる例について上記したが、特性インピーダンスＺ２が他の任意の値の接続ケーブル４を用いることもできる。また、分布定数線路の一例としての同軸ケーブルを接続ケーブル４として用いる例について上記したが、同軸ケーブル以外の他の分布定数線路（例えば、平行二本線）を接続ケーブル４として用いることもできる。

また、測定回路７によって測定された電流値Ｉｖを表示する表示回路８を備えた構成例について上記したが、表示回路８を備えずに、外部の表示回路に電流値Ｉｖを表示させる構成を採用することもできる。また、記憶部を設けて、電流値Ｉｖを示すデータをこの記憶部に記憶させる構成や、リムーバブルメディアにデータを書き込む書き込み装置を設けて、この書き込み装置からリムーバブルメディアに電流値Ｉｖを示すデータを書き込む構成を採用することもできる。また、ネットワークインターフェース回路を設けて、ネットワーク経由で電流値Ｉｖを示すデータを外部装置に伝送させる構成を採用することもできる。

１，１０１電流測定装置
２電流センサ
３，１０３，２０３，３０３，５０３インピーダンス変換回路
４接続ケーブル
５，１０５抵抗回路
６，１０６積分回路
７測定回路
４ａ一端部
５０電線
Ｉ電流
Ｉｖ電流値
Ｓ１検出信号

上記目的を達成すべく請求項１記載の電流検出装置は、ロゴスキーコイルを用いて構成されて測定対象に流れる電流を検出して当該電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流センサと、分布定数線路で構成されて前記検出信号を伝送する伝送線路と、前記電流センサおよび前記伝送線路の間に積分器を介さずに設けられて当該電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい入力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路と、前記伝送線路を介して入力した前記検出信号を積分して前記電流の電流値を示す出力信号を出力する積分回路とを備えた電流検出装置であって、前記伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値を有し当該伝送線路と前記積分回路との間に設けられた抵抗回路を備えている。

また、請求項２記載の電流検出装置は、請求項１記載の電流検出装置において、前記インピーダンス変換回路は、前記電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値の抵抗で構成されて当該電流センサおよび前記伝送線路の間に直列に接続されている。

また、請求項３記載の電流検出装置は、請求項１または２記載の電流検出装置において、前記積分回路は、反転アクティブ積分回路で構成されている。

また、請求項４記載の電流測定装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電流検出装置と、当該電流検出装置から出力された前記出力信号に基づいて前記電流値を測定する測定回路を備えている。

請求項１記載の電流検出装置、および請求項４記載の電流測定装置によれば、伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値を有し伝送線路と積分回路との間に設けられた抵抗回路を備えたことにより、抵抗回路の抵抗値が伝送線路の特性インピーダンスと異なることによる反射の影響を伝送線路の長さに拘わらず十分に低減することができる。このため、この電流検出装置および電流測定装置によれば、伝送線路の長さに拘わらず高い周波数領域における周波数特性の平坦性を確保することができる結果、伝送線路の長さに拘わらず測定対象に流れる高い周波数の電流の電流値を正確に測定することができる。

また、請求項２記載の電流検出装置、および請求項４記載の電流測定装置によれば、電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値の抵抗で構成されて電流センサおよび伝送線路の間に直列に接続されたインピーダンス変換回路を備えたことにより、インピーダンス変換回路の回路構成を簡略化することができる。また、この電流検出装置および電流測定装置によれば、例えば、電流センサの特性インピーダンスと等しい入力インピーダンスを有すると共に伝送線路の特性インピーダンスと等しい出力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路を備えた構成と比較して、ゲインの低下を少なく抑えることができる結果、電流値をより正確に測定することができる。

また、請求項３記載の電流検出装置、および請求項４記載の電流測定装置によれば、反転アクティブ積分回路で積分回路を構成したことにより、例えば、パッシブ積分回路で構成した積分回路と比較して、積分特性を向上させることができるため、電流値をさらに正確に測定することができる。

また、２つの抵抗３ａ，３ｂをＬ型に接続したインピーダンス変換回路３を備えた例について上記したが、３つ以上の抵抗を有するインピーダンス変換回路を備えた構成を採用することもできる。また、図１０に示すように、トランス２０３ａで構成されたインピーダンス変換回路２０３を備えた構成を採用することもできる。この場合、トランス２０３ａにおける一次巻線（電流センサ２に接続される巻線）のインピーダンスが電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と等しくなり、かつ二次巻線（接続ケーブル４に接続される巻線）のインピーダンスが接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２と等しくなるように一次巻線および二次巻線の巻数比を規定することで、電流センサ２の特性インピーダンスＺ１と接続ケーブル４の特性インピーダンスＺ２とを整合することができる。また、図１１，１２に示すように、Ｌ型に接続したインダクタ３０３ａおよびコンデンサ３０３ｂを有するインピーダンス変換回路３０３，５０３を備えた構成を採用することもできる。また、Ｔ型またはπ型に接続した複数の抵抗、インダクタおよびコンデンサを（これらの１種類以上を複数）有するインピーダンス変換回路を備えた構成を採用することもできる。

Claims

ロゴスキーコイルを用いて構成されて測定対象に流れる電流を検出して当該電流の電流値に対応する検出信号を出力する電流センサと、分布定数線路で構成されて前記検出信号を伝送する伝送線路と、前記電流センサおよび前記伝送線路の間に設けられて当該電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい入力インピーダンスを有するインピーダンス変換回路と、前記伝送線路を介して入力した前記検出信号を積分して前記電流の電流値を示す出力信号を出力する積分回路とを備えた電流検出装置であって、
前記伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値を有し当該伝送線路と前記積分回路との間に直列に接続された抵抗回路を備えている電流検出装置。
前記インピーダンス変換回路は、前記伝送線路の特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい出力インピーダンスを有している請求項１記載の電流検出装置。
前記インピーダンス変換回路は、前記電流センサの特性インピーダンスと等しいかまたはほぼ等しい抵抗値の抵抗で構成されて当該電流センサおよび前記伝送線路の間に直列に接続されている請求項１記載の電流検出装置。
前記積分回路は、反転アクティブ積分回路で構成されている請求項１から３のいずれかに記載の電流検出装置。
請求項１から４のいずれかに記載の電流検出装置と、当該電流検出装置から出力された前記出力信号に基づいて前記電流値を測定する測定回路を備えている電流測定装置。